[發(fā)明專利]帶有輔助超導(dǎo)開關(guān)的超導(dǎo)磁體失超保護(hù)裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110268102.8
• 申請日: 2011-09-09
• 公開（公告）號: CN102361318A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳順中;王秋良;崔春艷;王厚生
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院電工研究所
• 主分類號: H02H5/00
• 分類號: H02H5/00;H01F6/00;G01R33/3815
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 關(guān)玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種針對超導(dǎo)磁體失超的保護(hù)裝置，特別涉及用于MRI或NMR成像系統(tǒng)中 的超導(dǎo)磁體在失超時不被損壞的保護(hù)裝置。

背景技術(shù)

用于超導(dǎo)磁體的超導(dǎo)體只有在滿足特定條件(如溫度、磁場、電流密度)時才能體現(xiàn)超 導(dǎo)特性。一旦條件被破壞，超導(dǎo)體將會發(fā)生失超。比如，當(dāng)超導(dǎo)磁體線圈摩擦運動時產(chǎn)生的 能量擾動加熱一段超導(dǎo)線導(dǎo)致其溫度高于臨界溫度時就會發(fā)生失超現(xiàn)象。被加熱的那段超導(dǎo) 線轉(zhuǎn)變成帶有一定電阻的正常狀態(tài)，由此形成的焦耳熱將進(jìn)一步升高正常區(qū)域的溫度和增加 正常區(qū)域的大小。

超導(dǎo)磁體可能儲存有兆焦耳數(shù)量級的能量，在失超后，這些能量將在超導(dǎo)磁體的電阻體 積中被消耗。為了得到MRI或NMR成像系統(tǒng)中所需要的磁場均勻性，超導(dǎo)磁體被劃分成多 個子線圈，這些子線圈圍繞超導(dǎo)磁體軸線且在空間隔開，以使它們之間沒有熱連接。如果不 適當(dāng)?shù)靥幚硎С^程，就會在失超的子線圈中消耗整個超導(dǎo)磁體的能量，從而引起局部溫度 上升。嚴(yán)重的局部過熱可能燒焦絕緣或熔化導(dǎo)體，同時失超也可能產(chǎn)生高電壓擊穿絕緣。因 此必須采取有效的措施對超導(dǎo)磁體的失超進(jìn)行保護(hù)。

最有效的保護(hù)方法就是通過擴(kuò)展失超過程來避免有害的熱量集中，使熱量盡可能均勻消 耗在整個超導(dǎo)磁體上。如果超導(dǎo)磁體在某一線圈的局部發(fā)生失超后，迅速擴(kuò)展到整個超導(dǎo)磁 體，導(dǎo)致全部失超，就意味著沒有一個部分會達(dá)到危險溫度。在用于MRI或NMR成像系統(tǒng) 中的超導(dǎo)磁體中，一般通過向與超導(dǎo)線圈緊密熱接觸的加熱器施加電流來實現(xiàn)有意的失超啟 動。一般每個超導(dǎo)線圈將配備有一個或多個加熱器。

傳統(tǒng)的被動失超保護(hù)系統(tǒng)中，觸發(fā)所有子線圈失超的加熱器的供電源取自某幾個子線圈 在失超后產(chǎn)生的端電壓。但是超導(dǎo)磁體失超后，子線圈的端電壓上升的非常緩慢，這就導(dǎo)致 加熱器在超導(dǎo)磁體某一子線圈失超后需要過很長時間才能加熱觸發(fā)所有子線圈失超，可能會 導(dǎo)致失超發(fā)生點的溫度過高，損壞超導(dǎo)磁體。

傳統(tǒng)的被動式失超保護(hù)系統(tǒng)中一般都在超導(dǎo)磁體的各個子線圈兩端并聯(lián)一個由二極管 和電阻串聯(lián)組成的分流電路。當(dāng)超導(dǎo)磁體中某一子線圈不幸發(fā)生失超后，隨著正常區(qū)域電阻 的增大，此子線圈流通的電流將越來越多地分流到分流電路中去，且這一過程迅速。如果利 用分流電路中電流來加熱失超一個輔助超導(dǎo)開關(guān)，再利用輔助超導(dǎo)開關(guān)的端電壓來給加熱器 供電，就能快速觸發(fā)超導(dǎo)磁體中所有子線圈失超。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服傳統(tǒng)被動失超保護(hù)方法中加熱器觸發(fā)線圈失超時間過長的缺點，根 據(jù)被動式失超保護(hù)系統(tǒng)的特點，提出一種新的失超保護(hù)裝置。

本發(fā)明失超保護(hù)裝置所適用的超導(dǎo)磁體由多個子線圈串聯(lián)組成，子線圈之間在空間上隔 開且沒有熱接觸。超導(dǎo)磁體兩端并聯(lián)有主超導(dǎo)開關(guān)，以實現(xiàn)超導(dǎo)磁體的持久模式運行。

本發(fā)明的失超保護(hù)裝置由輔助超導(dǎo)開關(guān)和子線圈加熱器電路組成。輔助超導(dǎo)開關(guān)同超導(dǎo) 磁體串聯(lián)，子線圈加熱器電路并聯(lián)在輔助超導(dǎo)開關(guān)兩端。